DE69024440T2 - METHOD FOR SPECIFICALLY REPLACING A GENE COPY, WHICH IS IN A RECEPTOR GENE, BY GENETEGRATION - Google Patents
METHOD FOR SPECIFICALLY REPLACING A GENE COPY, WHICH IS IN A RECEPTOR GENE, BY GENETEGRATIONInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spezifischen Austausch einer Kopie eines Gens, das im Genom eines eukaryontischen Empfängerorganismus vorhanden isi, durch Integration eines Gens, das sich von dem inaktivierten Gen unterscheidet. Bevorzugt ist das Empfangergen in mindestens zwei Exemplaren in der transfizierten Wirtszelle vorhanden. Das Empfängergen ist so definiert, daß es das Gen ist, an dem die Insertion des anderen Gens erfolgt.The invention relates to a method for the specific exchange of a copy of a gene that is present in the genome of a eukaryotic recipient organism by integrating a gene that differs from the inactivated gene. Preferably, the recipient gene is present in at least two copies in the transfected host cell. The recipient gene is defined such that it is the gene at which the insertion of the other gene takes place.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von transgenen Tierer, in die das Fremdgen gezielt eingeschleust wurde, wobei sowohl die Aufrechterhaltung der normalen genetischen Funktionen des Tieres als auch die Expression des Fremdgens unter der Kontrolle von endogenen Prornotoren gewährleistet wird.In particular, the invention relates to the production of transgenic animals into which the foreign gene has been deliberately introduced, ensuring both the maintenance of the normal genetic functions of the animal and the expression of the foreign gene under the control of endogenous promoters.
Unter "anderem Gen oder Fremdgen" versteht man jede Nucleotidsequenz, die der Gesamtheit oder einem Teil eines "Fremdgens oder anderen Gens" des Empfängergens, wie es normalerweise in dem Genom (RNA oder DNA) gefunden wird, entspricht, oder die auch einer künstlich modifizieten Sequenz des normalen Gens oder auch einem Fragment dieser Sequenz entspricht.By "other gene or foreign gene" is meant any nucleotide sequence that corresponds to all or part of a "foreign gene or other gene" of the recipient gene, as it is normally found in the genome (RNA or DNA), or that corresponds to an artificially modified sequence of the normal gene or to a fragment of this sequence.
Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Herstellung der transgenen Tiere.The invention also relates to the process for producing the transgenic animals.
Bei der Herstellung transgener Tiere erlauben die herkömmlichen Methoden, die verwendet werden, um heterologe DNA-Sequenzen in Keimbahnzellen einzuschleusen, weder die Kontrolle über die Integrationsstelle des Fremdgens in dem Genom, noch die Kontrolle über die Anzahl der so eingeschleusten Kopien. Die Integration des Fremdgens erfolgt zufällig, und im allgemeinen integrieren sich mehrere Kopien des Gens gleichzeitig, manchmal in Form einer tandemartigen Kopf-Schwanz-Anordnung, wobei die Integrationsstelle und die Anzahl der integrierten Kopien von einem transgenen Tier zum anderen variieren.In the production of transgenic animals, the conventional methods used to introduce heterologous DNA sequences into germline cells do not allow control over the site of integration of the foreign gene in the genome, nor control over the number of copies so introduced. Integration of the foreign gene occurs randomly, and generally several copies of the gene integrate simultaneously, sometimes in a tandem head-to-tail arrangement, with the site of integration and the number of copies integrated varying from one transgenic animal to another.
Es kann nun passieren, daß endogene zelluläre Gene, die an der Insertionsstelle vorhanden sind, so inaktiviert werden, ohne daß dies aufgrund der zahlreichen zufälligen Insertionen leicht nachweisbar wäre. Wenn das Produkt dieser Gene für die Entwicklung des Tieres wichtig ist, wird diese ernsthaft gestört. Außerdem kann eine zufallsbedingte Insertion des Fremdgens an einer Stelle erfolgen, die fir die Expression des Gens nicht geeignet ist. Weiterhin macht die Tatsache, daß die Insertionsstelle und die Anzahl der Insertionen von Tier zu Tier variieren, die Interpretation der Untersuchungen zur Expression extrem schwierig.It can happen that endogenous cellular genes present at the insertion site are inactivated without this being easily detectable due to the numerous random insertions. If the product of these genes is important for the development of the animal, this will be seriously disturbed. In addition, a random insertion of the foreign gene can occur at a site that is not suitable for the expression of the gene. Furthermore, the fact that the insertion site and the number of Insertions vary from animal to animal, making the interpretation of expression studies extremely difficult.
Ein größeres Problem, auf das man bei der Herstellung von transgenen Tieren trifft, ist die Erzielung der Expression des Fremdgens. Allgemein wurden bei Mäusen zwei Versuchstypen realisiert.A major problem encountered in the creation of transgenic animals is achieving expression of the foreign gene. Generally, two types of experiments have been carried out in mice.
Die in die Keimbahn eingeschleusten Gene sind.The genes introduced into the germ line are.
- entweder "vollständige" Gene, umfassend codierende Sequenzen, die von ihren eigenen Regulatorsequenzen flankiert sind;- either "complete" genes, comprising coding sequences flanked by their own regulatory sequences;
- oder zusammengesetzte Gene, gebildet aus der codierenden Sequenz eines Gens, die codiert, das an die Promotorsequenz eines anderen Gens füsioniert ist, wobei die beiden Fragmente manchmal auch von zwei verschiedenen Tierarten stammen.- or composite genes, formed from the coding sequence of one gene fused to the promoter sequence of another gene, the two fragments sometimes originating from two different animal species.
Man konnte so bestätigen, daß die Spezifität der Expression der Gene in diesem oder jenem Gewebe durch ihre Regulatorsequenz(en) bestimmt wird.It was thus possible to confirm that the specificity of gene expression in this or that tissue is determined by their regulatory sequence(s).
Die Wahl des geeigneten Promotors zur Expression des Fremdgens in dem transgenen Tier ist somit von übergeordneter Bedeutung.The choice of the appropriate promoter for expression of the foreign gene in the transgenic animal is therefore of paramount importance.
Andererseits wurde die gerichtete Mutagenese von murinen Genen in embryonalen Stammzellen jüngst realisiert, indem eine Technik des "genetischen Targeting" (gene targeting) (Thomas et al., 1987; Thompson et al., 1989) verwendet wurde.On the other hand, directed mutagenesis of murine genes in embryonic stem cells has recently been realized using a technique of "gene targeting" (Thomas et al., 1987; Thompson et al., 1989).
Im ersten Fall wurde das murine HPRT-Gen durch Insertion und Austausch mutiert, und im zweiten Fall wurde ein mutiertes HPRT-Gen korrigiert. Thomson et al. führten ihre Versuche bis zum Erhalt von chimären Mäusen durch und haben die Weitergabe der genetischen Modifikation in den Keimbahnzellen festgestellt.In the first case, the murine HPRT gene was mutated by insertion and replacement, and in the second case, a mutated HPRT gene was corrected. Thomson et al. performed their experiments until chimeric mice were obtained and found the transmission of the genetic modification in the germline cells.
Gemäß jeder der genannten Druckschriften wurde die präzise Integrationsstelle gezielt bestimmt durch homologe Rekombination zwischen einerseits exogenen Sequenzen, die die Mutation oder Korrektion eingeschlossen in einem Vektor unter der Kontrolle eines exogenen Promotors enthalten, und andererseits ihrem genomischen homologen Äquivalent. Angesichts dieser Tatsache ist zu bemerken, daß die Autoren des Stands der Technik ihre Versuche an einem spezifischen Gen (HPRT) durchgeführt haben, dessen Aktivierung durch Mutation von einem erkennbaren Phänotyp begleitet ist. i)ie von Thomas et al. beschriebene gerichtete Mutation bewirkte die Inaktivierung des HPRT- Gens und folglich das Verschwinden des normalerweise mit HPRT assoziierten erkennbaren Phänotyps. Das Selektionsgen NeoR unter der Kontrolle eines TK-Promotors wurde nun in die DNA-Insertion eingeschleust, um die Selektion der Transformanten zu erlauben. Es ist darauf hinzuweisen, daß die im Stand der Technik beschriebenen Versuche mit einer Selektion entweder durch das Empfängergen (z.B. HPRT) oder durch das Insertionsgen (z.B. NeoR) verbunden waren. Die Insertionsstelle und/oder der Typ des insertierten Gens ist somit auf Gene beschränkt, die eine selektierbare Eigenschaft verleihen.According to each of the references cited, the precise integration site was specifically determined by homologous recombination between, on the one hand, exogenous sequences containing the mutation or correction enclosed in a vector under the control of an exogenous promoter and, on the other hand, their genomic homologous equivalent. In view of this fact, it should be noted that the authors of the prior art carried out their experiments on a specific gene (HPRT) whose activation by mutation is accompanied by a recognizable phenotype. (i) The directed mutation described by Thomas et al. caused the inactivation of the HPRT gene and consequently the disappearance of the recognizable phenotype normally associated with HPRT. The selection gene NeoR under the control of a TK promoter was then introduced into the DNA insert to allow the selection of the transformants. It should be noted that the experiments described in the prior art involved selection either by the recipient gene (eg HPRT) or by the insertion gene (eg NeoR). The insertion site and/or the type of inserted gene is thus limited to genes that confer a selectable trait.
Weiterhin dienen im Stand der Technik die exogenen Sequenzen auf dem Vektor nun gleichzeitig zur Bestimmung der Integrationsstelle und zur Einführung der Modifikation Nach der homologen Rekombination befindet sich das modifizierte Gen immer in seiner normalen genetischen Umgebung.Furthermore, in the state of the art, the exogenous sequences on the vector now serve simultaneously to determine the integration site and to introduce the modification. After homologous recombination, the modified gene is always in its normal genetic environment.
Es wird daran erinnert, daß ein Problem, das sich im Laufe der Herstellung transgener Tiere stellt, die Gefahr ist, ein endogenes zelluläres Gen zu inaktivieren, das sich am Insertionspunkt des Fremdgens befindet.It is recalled that a problem encountered during the production of transgenic animals is the risk of inactivating an endogenous cellular gene located at the insertion point of the foreign gene.
Je nach Funktion des Produkts des inaktivierten Gens kann eine derartige Inaktivierung zu bedeutenden physiologischen oder morphologischen Störungen bei dem transgenen Tier führen oder kann sogar sein Überleben verhindern.Depending on the function of the product of the inactivated gene, such inactivation may result in significant physiological or morphological disturbances in the transgenic animal or may even prevent its survival.
Im Gegensatz dazu könnte die Inaktivierung eines Gens als vorteilhaft gelten, wenn das in Frage kommende Gen einen Rezeptor für ein Virus oder einen anderen infektiösen Effeger codiert.In contrast, inactivation of a gene could be considered beneficial if the gene in question encodes a receptor for a virus or other infectious agent.
Die Erfinder haben die Möglichkeit untersucht, die vorstehend beschriebenen und in einigen Fällen mit der möglichen Inaktivierung eines oder mehrerer endogener zellulärer Gene mit wichtiger Funktion im Verlauf der Herstellung transgener Tiere assoziierten Nachteile zu vermeiden.The inventors have investigated the possibility of avoiding the disadvantages described above and, in some cases, associated with the possible inactivation of one or more endogenous cellular genes with an important function during the production of transgenic animals.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spezifischen Austausch, insbesondere durch gezielte Einführung einer DNA, wobei die DNA-Insertion aus einem Teil eines Gens besteht, das in eine funktionelle Form überführt werden kann oder dessen Funktionalität gesteigert werden kann, wenn es mit einer komplementären DNA rekombiniert wird, um so in dem Genom einer eukaryontischen Zelle ein vollständiges rekombinantes Gen zu bilden, das dadurch gekennzeichnet ist, daßThe invention relates to a method for specific exchange, in particular by targeted introduction of a DNA, wherein the DNA insertion consists of a part of a gene which can be converted into a functional form or whose functionality can be increased when it is recombined with a complementary DNA in order to form a complete recombinant gene in the genome of a eukaryotic cell, which is characterized in that
- sich der Ort der Insertion in einem ausgewählten Gen, dem Empfängergen, befindet und die komplementäre DNA enthält, und dadurch daß- the site of insertion is in a selected gene, the recipient gene, and contains the complementary DNA, and in that
- eukarvontische Zellen mit einem Vektor transfiziert werden, der eine Insertion enthält, die wiederum die DNA-Insertion umfaßt und zwei sogenannte "flankierende" Sequenzen beiderseits der DNA-Insertion, die jeweils homolog sind zu zwei genomischen Sequenzen, die neben der gewünschten Insertionsstelle in dem Empfängergen liegen,- eucarvonic cells are transfected with a vector that contains an insertion which in turn comprises the DNA insertion and two so-called "flanking" sequences on either side of the DNA insertion, each of which is homologous to two genomic sequences that are located next to the desired insertion site in the recipient gene,
- die DNA-Insertion in Bezug auf das Empfängergen heterolog ist, und- the DNA insertion is heterologous with respect to the recipient gene, and
- die flankierenden Sequenzen aus solchen ausgewählt werden, die die oben genannte komplementäre DNA darstellen und die über eine homologe Rekombination mit korrespondierenden Sequenzen des Empfängergens die Rekonstitution eines vollständigen rekombinanten Gens in dem Genom der eukaryontischen Zelle ermöglichen, unter der Bedingung, daß, wenn die DNA-Insertion Vofl einer codierenden Sequenz gebildet wird, es sich nicht um die codierende Sequenz eines Gens handelt, das einen Selektionsmarker codiert.- the flanking sequences are selected from those which represent the complementary DNA mentioned above and which, by homologous recombination with corresponding sequences of the recipient gene, enable the reconstitution of a complete recombinant gene in the genome of the eukaryotic cell, under the Condition that when the DNA insertion is formed from a coding sequence, it is not the coding sequence of a gene encoding a selection marker.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung transgener Tiere, das dadurch gekennzeichnet ist, daß E.S.-Zellen unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen transfiziert werden, und selektioniert werden hinsichtlich des Auftretens einer homologen Rekombination, um die korrekte Integration des Fremdgens sicherzustellen, die transfizierten Zellen in Embryonen injiziert werden, die sich in einem Stadium befinden, in dem sie in der Lage sind, die transfizierten Zellen zu integrieren (z.B. in Blastocystenstadium), diese anschließend in eine Leihmutter reimplantiert werden und die am Ende der Schwangerschaft erhaltenen, chimären Individuen gekreuzt werden. Wenn die E.S.-Zellen die Keimbahn des chimären Tieres kolonisiert haben, werden durch Kreuzung (F1) transgene Tiere in der Nachkommenschaft erhalten, die bezüglich des ersetzten Gens heterozygot sind.The invention also relates to a method for producing transgenic animals, characterized in that E.S. cells are transfected under the conditions described above and selected for the occurrence of homologous recombination in order to ensure correct integration of the foreign gene, the transfected cells are injected into embryos which are at a stage in which they are able to integrate the transfected cells (e.g. at the blastocyst stage), these are then reimplanted into a surrogate mother and the chimeric individuals obtained at the end of the pregnancy are crossed. When the E.S. cells have colonized the germ line of the chimeric animal, transgenic animals which are heterozygous for the replaced gene are obtained by crossing (F1) in the offspring.
Es ist auch möglich, das Gen, das von dem erfindungsgemäßen Vektor getragen wird, kurze Zeit nach der Befruchtung (d.h. weniger als 24 h) in das Ei einzuführen. Auf diese Weise findet die Insertion statt, während das Ei sich im einzelligen Stadium befindet.It is also possible to introduce the gene carried by the vector according to the invention into the egg shortly after fertilization (i.e. less than 24 hours). In this way, the insertion takes place while the egg is in the unicellular stage.
Die Erfindung betrifft auch ein Plasmid, das geeignet ist, die zielgerichtete Insertion eines rekombinanten Gens, d.h. des Insertionsgens, in das Genom einer eukaryontischen Zelle zu bewirken, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine Insertion enthält, die selbst das Insertionsgen umfaßt und zwei sogenannte "flankierende" Sequenzen beidseitig des Insertionsgens die jeweils zu zwei genomischen Sequenzen homolog sind, die an die gewünschte Insertionsstelle in dem Empfängergen grenzen.The invention also relates to a plasmid suitable for effecting the targeted insertion of a recombinant gene, i.e. the insertion gene, into the genome of a eukaryotic cell, which is characterized in that it contains an insertion which itself comprises the insertion gene and two so-called "flanking" sequences on either side of the insertion gene, each of which is homologous to two genomic sequences bordering the desired insertion site in the recipient gene.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt nun dank des Phänomens der homologen Rekombination eine zielgerechte Insertion von Fremdgenen, insbesondere von codierenden Sequenzen ohne den Promotor, der normalenweise mit ihnen assoziiert ist, in das Genom eines eukaryontischen Organismus an einer Stelle, die deren Expression unter der Kontrolle des endogenen Promotors des Gens, an dem die Insertion erfolgt, erlaubt, und folglich die Inaktivierung des endogenen Zielgens.The method according to the invention now allows, thanks to the phenomenon of homologous recombination, a targeted insertion of foreign genes, in particular of coding sequences without the promoter normally associated with them, into the genome of a eukaryotic organism at a site which allows their expression under the control of the endogenous promoter of the gene at which the insertion takes place, and consequently the inactivation of the endogenous target gene.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Empfängerzielgen ein Gen, das in dem Genom in mindestens zwei Exemplaren vorhanden ist. Die Verwendung der Elektroporationstechnik (Literaturstelle 11) gewährleistet die Einschleusung nur einer Kopie des Fremdgens.According to a preferred embodiment of the invention, the recipient target gene is a gene that is present in the genome in at least two copies. The use of the electroporation technique (reference 11) ensures the introduction of only one copy of the foreign gene.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung bewirkt die zielgerichtete Insertion des Gens von Interesse (d.h. des sogenannte Insertionsgens) die Inaktivierung der einzigen Kopie des endogenen zellulären Gens, an dem die Insertion erfolgt, und läßt die andere(n) Kopie(n) dieses Gens intakt und funktionell.According to this embodiment of the invention, the targeted insertion of the gene of interest (ie the so-called insertion gene) causes the inactivation of the only copy of the endogenous cellular gene at which the insertion occurs, leaving the other copy(s) of that gene intact and functional.
Auf diese Art wird die genetische Gesamtftinktion des transgenen Tiers durch die Einschleusung des Fremdgens nicht oder wenig gestört, selbst wenn die Insertion eine einzige Kopie eines Empfängergens, das flir die Entwicklung des Tieres notwendig ist, inaktiviert. Entweder wird dessen Entwicklung durch die Insertion des Fremdgens nicht beeinträchtigt, oder die im Falle der Inaktivierung eines wichtigen Gens möglichen geringen Störungen sind wahrscheinlich für das Tier nicht tödlich. Die Wirkungen der Insertion des Fremdgens im homozygoten Zustand könnten beliebiger Natur sein und werden in der zweiten Generation (F2) nach Kreuzung heterozygoter Individuen (F1) untereinander beobachtet.In this way, the overall genetic function of the transgenic animal is not or only slightly disturbed by the introduction of the foreign gene, even if the insertion inactivates a single copy of a recipient gene that is necessary for the animal's development. Either its development is not affected by the insertion of the foreign gene, or the minor disturbances that may occur in the event of inactivation of an important gene are probably not fatal to the animal. The effects of the insertion of the foreign gene in the homozygous state could be of any nature and are observed in the second generation (F2) after crossing heterozygous individuals (F1) with each other.
Wenn im Gegensatz dazu die Inaktivierung aller Kopien eines Gens erwünscht ist, beispielsweise in dem Fall, in dem das Gen einen Rezeptor für einen infektiösen Erreger codiert, werden mehrere Kopien des Fremdgens eingeschleust. Die Kontrolle der eingeschleusten Menge kann durch Einsetzen von bekannten Techniken gewährleistet werden.In contrast, if inactivation of all copies of a gene is desired, for example in the case where the gene encodes a receptor for an infectious agent, multiple copies of the foreign gene are introduced. Control of the amount introduced can be ensured by using known techniques.
Die zielgerichtete Insertion des Fremdgens erlaubt so dessen Einschleusung an einer Stelle, an der seine Expression unter der Kontrolle von Regulatorsequenzen des endogenen Gens steht, an dem die Insertion erfolgt.The targeted insertion of the foreign gene allows its introduction at a site where its expression is under the control of regulatory sequences of the endogenous gene at which the insertion occurs.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt so die Insertion des Fremdgens hinter einem endogenen Promotor, der die gewünschten Funktionen besitzt (beispielsweise Expressionsspezifität in dem einen oder anderen Gewebe), und dieses gegebenenfalls ohne die anderen Kopien des Empfängergens zu inaktivieren,The method according to the invention thus allows the insertion of the foreign gene behind an endogenous promoter which has the desired functions (for example expression specificity in one or another tissue), and this optionally without inactivating the other copies of the recipient gene,
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die DNA-Insertion zwischen den flankierenden Sequenzen einerseits eine DNA-Sequenz, die mit der komplementären DNA in dem Empfängergen rekombiniert werden soll, um ein rekombinantes Gen zu ergeben, und andererseits eine Sequenz, die einen Selektionsmarker codiert, der die Selektion der Transformanten erlaubt, und einen Promotor, der die Expression des Selektionsmarkers steuert, wobei das Empfängergen und das rekombinante Gen Expressionsprodukte codieren, die keinen selektionierbaren Phänotyp verleihen.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the DNA insertion between the flanking sequences comprises, on the one hand, a DNA sequence which is to be recombined with the complementary DNA in the recipient gene to yield a recombinant gene and, on the other hand, a sequence which encodes a selection marker which allows the selection of the transformants and a promoter which controls the expression of the selection marker, the recipient gene and the recombinant gene encoding expression products which do not confer a selectable phenotype.
Auf diese Art ist die Selektion der Transformanten vollkommen unabhängig von der Natur des Empfängergens und des insertierten Gens im Gegensatz zu den bis zu diesem Tag beschriebenen Verfahren, bei denen das insertierte Gen oder das Empfängergen notwendigerweise ein Expressionsprodukt codieren mußte, das die Selektion der Transformanten erlaubte. Das von den Erfindern entwickelte System erlaubt eine vollständige Flexibilität, was die Natur des Empfängergens und des insertieren Gens oder des durch die homologe Rekombination gebildeten Gens betrifft. Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, daß die Insertion von Sequenzen mit großer Länge (z.B. etwa 7,5 kb) die Häufigkeit der homologen Rekombination nicht beeinträchtigt.In this way, the selection of transformants is completely independent of the nature of the recipient gene and the inserted gene, in contrast to the methods described up to this day, in which the inserted gene or the recipient gene had to necessarily encode an expression product that allowed the selection of transformants. The system developed by the inventors allows complete flexibility as regards the nature of the recipient gene and the inserted gene. or of the gene formed by homologous recombination. The inventors have surprisingly found that the insertion of long sequences (eg about 7.5 kb) does not affect the frequency of homologous recombination.
Die Wirkung, die die Insertion der DNA-Sequenz gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung haben kann, umfaßt je nach Typ der insertierten Sequenz beispielsweise den Austausch einer codierenden Sequenz, den Austausch einer Regulatorsequenz, die Inaktivierung oder die Reaktivierung eines Gens durch Mutation oder die Verbesserung des Expressionsgrads eines Gens. Es ist erfindungsgemäß möglich, einen codierenden Abschnitt oder einen Teil eines codierenden Abschnitts durch eine heterologe Sequenz auszutauschen, die am Initiationscodon des ausgetauschten Gens beginnt, damit die Expression des insertierten Gens vollständig die Expression des ausgetauschten Gens ersetzt. Dies vermeidet die Bildung von Fusionsproteinen, die bei einem transgenen Tier unerwünscht sein könnte.The effect that the insertion of the DNA sequence according to this aspect of the invention can have includes, depending on the type of inserted sequence, for example, the replacement of a coding sequence, the replacement of a regulatory sequence, the inactivation or reactivation of a gene by mutation or the improvement of the expression level of a gene. It is possible according to the invention to replace a coding section or part of a coding section with a heterologous sequence that begins at the initiation codon of the exchanged gene so that the expression of the inserted gene completely replaces the expression of the exchanged gene. This avoids the formation of fusion proteins, which could be undesirable in a transgenic animal.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann die DNA-Insertion zwischen den flankierenden Sequenzen eine heterologe codierende Sequenz ohne den Promotor tragen, wobei die codierende Sequenz kein Gen ist, das einen Selektionsmarker codiert. Die DNA-Insertion kann weiterhin stromabwärts der codierenden Sequenz und immer noch zwischen den flankierenden Sequenzen ein Gen tragen, das einen Selektionsmarker codiert und das mit einem Promotor assoziiert ist, der dessen Expression in der Zielzelle erlaubt.According to this embodiment of the invention, the DNA insert between the flanking sequences may carry a heterologous coding sequence without the promoter, wherein the coding sequence is not a gene encoding a selectable marker. The DNA insert may further carry, downstream of the coding sequence and still between the flanking sequences, a gene encoding a selectable marker and associated with a promoter allowing its expression in the target cell.
Auf diese Art kann die heterologe codierende Sequenz hinter einen endogenen Promotor insertiert werden, der die gewünschten Eigenschaften besitzt, beispielsweise eine bestimmte Expressionsspezifität oder ein bestimmtes Transkriptionsmuster etc., wobei die Selektierbarkeit der transformierten Zellen von der Expression der heterologen codierenden Sequenz vollständig unabhängig ist. Dieser Konstruktionstyp erlaubt beispielsweise die Selektion der Transformanten, selbst wenn das durch die heterologe codierende Sequenz ausgetauschte Gen normalerweise in den Zielzellen nicht exprimiert wird. Dies ist bei der Herstellung von transgenen Tieren aus einer E.S.-Zelle (embryonic stem cells, dt. "embryonale Stammzellen") besonders wichtig, da ein bedeutender Anteil der Gene bis zu einem fortgeschritteneren Entwickungsstadium des Tieres inaktiv bleibt. Das Hox-3.1-Gen ist ein Beispiel eines derartigen Gens. Andererseits, wenn die codierende Sequenz ein leicht nachweisbares Protein codiert, beispielsweise β-Gal, kann die Entwicklung des Transkriptionsmusters des endogenen ausgetauschen Gens verfolgt werden. Der Vektor pGN ist ein Beispiel für diesen Konstruktionstyp.In this way, the heterologous coding sequence can be inserted behind an endogenous promoter that has the desired properties, such as a certain expression specificity or a certain transcription pattern, etc., whereby the selectability of the transformed cells is completely independent of the expression of the heterologous coding sequence. This type of construction allows, for example, the selection of the transformants even if the gene replaced by the heterologous coding sequence is not normally expressed in the target cells. This is particularly important when producing transgenic animals from an E.S. cell (embryonic stem cell), since a significant proportion of the genes remain inactive until a more advanced stage of the animal's development. The Hox 3.1 gene is an example of such a gene. On the other hand, if the coding sequence encodes an easily detectable protein, for example β-Gal, the evolution of the transcription pattern of the endogenous exchanged gene can be followed. The vector pGN is an example of this type of construction.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die insertierte DNA eine fremde Regulatorsequenz tragen. Die Insertionsstelle und folglich die flankierenden Sequenzen werden entsprechend dem erwünschten Ziel ausgewählt, d.h. entweder die Insertion der fremden Regulatorsequenz, um einen "doppelten Promotoreffekt" mit der endogenen Regulatorsequenz zu ergeben, oder der Austausch eines endogenen Promotors durch den Fremdpromotor. Die codierende Sequenz, die sich unter der Kontrolle der Regulatorsequenz befindet, kann endogen sein.According to another embodiment of the invention, the inserted DNA may carry a foreign regulatory sequence. The insertion site and consequently the flanking Sequences are selected according to the desired goal, ie, either the insertion of the foreign regulatory sequence to give a "double promoter effect" with the endogenous regulatory sequence, or the replacement of an endogenous promoter with the foreign promoter. The coding sequence under the control of the regulatory sequence may be endogenous.
Eine andere Möglichkeit ist die zielgerichtete Insertion einer Fremd-DNA, die gleichzeitig eine Regulatorsequenz und eine codierende Sequenz umfaßt. Es ist möglich, daß die Regulatorsequenz diejenige ist, die natürlicherweise mit der codierenden Sequenz assoziiert ist.Another possibility is the targeted insertion of a foreign DNA that simultaneously contains a regulatory sequence and a coding sequence. It is possible that the regulatory sequence is the one that is naturally associated with the coding sequence.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Vektor verwendet, der zwei "flankierende" Sequenzen beiderseits des Fremdgens enthält. Diese flankierenden Sequenzen sind mindestens 150 Basenpaare lang und sind vorzugsweise kürzer als das Empfängergen. Diese zwei flankierenden Sequenzen müssen zu zwei genomischen Sequenzen, die an die gewünschte Insertionsstelle angrenzen, homolog sein. Die flankierende Sequenz des Vektors, die stromaufwärts des einzuschleusenden Fremdgens vorhanden ist, ist normalerweise zu der genomischen Sequenz homolog, die auf der 5'-Seite der Insertionsstelle liegt. Ebenso ist die flankierende Sequenz des Vektors, die sich stromabwärts des Fremdgens befindet, normalerweise zu der genomischen Sequenz homolog, die auf der 3'-Seite der Insertionsstelle liegt.The method according to the invention uses a vector which contains two "flanking" sequences on either side of the foreign gene. These flanking sequences are at least 150 base pairs long and are preferably shorter than the recipient gene. These two flanking sequences must be homologous to two genomic sequences adjacent to the desired insertion site. The flanking sequence of the vector which is present upstream of the foreign gene to be introduced is normally homologous to the genomic sequence which is located on the 5' side of the insertion site. Likewise, the flanking sequence of the vector which is located downstream of the foreign gene is normally homologous to the genomic sequence which is located on the 3' side of the insertion site.
Es ist möglich, "interkalierende" (intervenierende) Sequenzen zwischen die eine oder andere der flankierenden Sequenzen und das Fremdgen einzuschleusen, beispielsweise Sequenzen, die die Selektion von Transformanten erlauben, Marker, Sequenzen, die die Clonierung des Vektors erlauben, etc....It is possible to introduce "intercalating" (intervening) sequences between one or other of the flanking sequences and the foreign gene, for example sequences that allow the selection of transformants, markers, sequences that allow the cloning of the vector, etc.
Die Position dieser interkalierenden Sequenzen hinsichtlich des Fremdgens muß jedoch so gewählt werden, daß sie die Expression des Fremdgens nicht behindert, insbesondere der fremden codierenden DNA-Sequenz unter der Kontrolle des endogenen Promotors oder umgekehrt, der codierenden endogenen DNA-Sequenz unter der Kontrolle von fremden Regulatorelementen, die durch die Insertionssequenz eingebracht werden.However, the position of these intercalating sequences with respect to the foreign gene must be chosen so that it does not hinder the expression of the foreign gene, in particular the foreign coding DNA sequence under the control of the endogenous promoter or, conversely, the endogenous coding DNA sequence under the control of foreign regulatory elements introduced by the insertion sequence.
Trotz des Vorhandenseins von flankierenden Sequenzen, die eine homologe Rekombination unterstützen, ist es möglich, daß eine gewisse Anzahl von Integrationen zufallsmäßig erfolgt. Um zu bestätigen, daß die zielgerichtete Insertion auch an der Zielstelle und nicht an einem anderen Ort stattgefunden hat, wird die Polymerasekettenreaktionstechnik (PCR) (vgl. Literaturstelle 10) verwendet, um die DNA-Sequenzen des Orts, an dem die Insertion hätte erfolgen sollen, zu amplifizieren. So werden nur die als Folge einer homologen Rekombination transformierten Clone selektioniert.Despite the presence of flanking sequences that support homologous recombination, it is possible that a certain number of integrations occur randomly. To confirm that the targeted insertion has occurred at the target site and not at another location, the polymerase chain reaction (PCR) technique (see reference 10) is used to amplify the DNA sequences of the site where the insertion should have occurred. only the clones transformed as a result of homologous recombination are selected.
Die flankierenden Sequenzen des Vektors werden selbstverständlich entsprechend der gewünschten Insertionsstelle ausgewählt, damit die homologe Rekombination stattfinden kann. Gegebenenfalls können die flankierenden Sequenzen dem endogenen Promotor entsprechende Sequenzen und/oder Sequenzmodifikationen, die dem Initiationscodon vorausgehen enthalten, um den Grad der Translation (stromaulwärts liegende Sequenzen) zu verbessern, und den Terminationssequenzen entsprechende Sequenzen, insbesondere Polyadenylierungsstellen (stromabwärts liegende Sequenzen).The flanking sequences of the vector are of course selected according to the desired insertion site so that homologous recombination can take place. Optionally, the flanking sequences may contain sequences corresponding to the endogenous promoter and/or sequence modifications preceding the initiation codon in order to improve the level of translation (upstream sequences) and sequences corresponding to the termination sequences, in particular polyadenylation sites (downstream sequences).
Das Insertionsgen kann irgendein Gen von Interesse sein. Als nichtbeschränkende Beispiele sind zu nennen, das lacZ-Gen (wie in dem später beschriebenen Modell), die Gene, die Interleukin oder Interferon codieren, die Gene flir einen Rezeptor, beispielsweise den Retinsäure- oder β-3-adrenergen oder HIV-Rezeptor, und Gene, von denen bekannt ist, daß sie mit bestimmten Krankheiten verbunden sind, z.B. Myopathie, etc.,...The insertion gene can be any gene of interest. Non-limiting examples include the lacZ gene (as in the model described later), the genes encoding interleukin or interferon, the genes for a receptor, for example the retinoic acid or β-3 adrenergic or HIV receptor, and genes known to be associated with certain diseases, e.g. myopathy, etc.,...
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die eukaryontischen Zellen embryonale Stamzellen (siehe Literaturstelle 14 und 15).According to a preferred embodiment of the invention, the eukaryotic cells are embryonic stem cells (see references 14 and 15).
In der Tat kann eine mutierte E.S.-Zelle in einen frühen Embryo injiziert werden, der nach Reimplantation in einer chimären Form geboren werden kann, Wenn die Keimbahn durch die mutierte Zelle kolonisiert wird, überträgt das chimäre Tier die Mutation an seine Nachkommen. Als Folge kann man die Wirkungen dieser Mutation in homozygotem Zustand bei bestimmten Individuen an ihrer Entwicklung, ihrem Verhalten, ihrem Metabolismus, ihre Pathologie, etc., ... beobachten.Indeed, a mutated E.S. cell can be injected into an early embryo, which, after reimplantation, can be born in a chimeric form. When the germ line is colonized by the mutated cell, the chimeric animal transmits the mutation to its offspring. As a result, the effects of this mutation in the homozygous state can be observed in certain individuals on their development, behavior, metabolism, pathology, etc., ...
Die Figur 1 zeigt das Plasmid pGN.Figure 1 shows the plasmid pGN.
Die Figuren 2a und b zeigen die Moleküle pGMA bzw. pGMD, die aus dem Plasmid pGN bezüglich des Hox-3.1-Gens konstruiert wurden. Diese Plasmide sind Mutageneseplasmide. Dargestellt sind zwei Teile des codierenden Abschnitts des Hox- 3.1-Gens, auf dem Chromosom 15, mit der "Homeo"-Box in schwarz. Die entsprechenden Hox-3.1-Sequenzen wurden in das Plasmid pGN cloniert.Figures 2a and b show the molecules pGMA and pGMD, respectively, constructed from the plasmid pGN for the Hox-3.1 gene. These plasmids are mutagenesis plasmids. Shown are two parts of the coding section of the Hox-3.1 gene, on chromosome 15, with the "homeo" box in black. The corresponding Hox-3.1 sequences were cloned into the plasmid pGN.
(A: Polyadenylierungssignal Enh/Pro: Enhancer-Promotor)(A: polyadenylation signal Enh/Pro: enhancer-promoter)
07 und 08 bezeichnen die zwei bei der PCR verwendeten Oligonudeotide.07 and 08 indicate the two oligonucleotides used in the PCR.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen die Plasmide, die bei der Konstruktion von pGN verwendet wurden.Figures 3 to 6 show the plasmids used in the construction of pGN.
Die Figur 7 zeigt den Nachweis der homologen Rekombination mit der Polymerasekettenreaktionstechnik (PCR) an transfizierten E.S.-Zellen.Figure 7 shows the detection of homologous recombination using the polymerase chain reaction (PCR) technique on transfected E.S. cells.
Die Figur 8(a) und (b) zeigt die Southern-Analyse von einzelnen positiven Clonen (L5 und F2) und E.S.-Zellen (C.C E.).Figure 8(a) and (b) shows the Southern analysis of single positive clones (L5 and F2) and E.S. cells (C.C E.).
Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine bedeutende industrielle Anwendbarkeit auf und kann je nach der Natur des eingeschleusten Fremdgens variieren.The method according to the invention has significant industrial applicability and can vary depending on the nature of the foreign gene introduced.
Die Genetik von Säugern wird dank der jüngsten Möglichkeit zur spezifischen Mutagenese jedes beliebigen Gens beträchtlich fortschreiten, was so erlaubt, dessen Rolle besser zu definieren. Durch diese Technik, bei der homologe Rekombination und E.S.- Zellen eingesetzt werden, werden wertvolle Informationen erhalten über Oncogene, Wachstumsfaktoren, Transknptionstaktoren, etc., ... sowie über Gene, die sehr aktuelle Gegenstände der Grundlagenforschung oder der angewandten Forschung sind. Ein wichtiges Anwendungsgebiet für die medizinische Forschung ist die Möglichkeit, eine Krankheit des Menschen zu reproduzieren, deren genetische Bestimmung bekannt ist (bestimmte pathologische Erkrankungen beim Menschen, wie Duchesne-Myopathie), um dadurch die Mechanismen besser zu studieren und eine Therapie zu suchen.Mammalian genetics will progress considerably thanks to the recent possibility of specific mutagenesis of any gene, thus making it possible to better define its role. This technique, which uses homologous recombination and E.S. cells, will provide valuable information on oncogenes, growth factors, transcription factors, etc., as well as on genes that are currently the subject of basic or applied research. An important area of application for medical research is the possibility of reproducing a human disease whose genetic origin is known (certain human pathological disorders such as Duchesne's myopathy), in order to better study the mechanisms and find a therapy.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Gen, von dem bekannt ist, daß es für eine bestimmte Krankheit verantwortlich ist, gezielt in das Genom einer E.S.-Zelle insertiert. Das in der Folge erzeugte transgene Tier stellt ein nützliches Modell für diese Krankheit dar.When applying the method according to the invention, a gene known to be responsible for a particular disease is specifically inserted into the genome of an E.S. cell. The transgenic animal subsequently produced represents a useful model for this disease.
Gegebenenfalls, und wie vorstehend beschrieben, können die normalen genetischen Funktionen trotz der Insertion des Fremdgens deutlich aufrechterhalten werden.Where appropriate, and as described above, normal genetic functions may be significantly maintained despite the insertion of the foreign gene.
Eine andere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dajin, ein Insertionsgen einzuführen, das leicht nachweisbar ist, z.B. das lacZ-Gen, und das so eine Rolle als zellulärer Marker spielen kann. Auf diese Weise können Abstammungsstudien, beispielsweise bei konkurrierenden Tieren, erleichtert, und die Rasse kann verfolgt werden.Another application of the method according to the invention is to introduce an insertion gene which is easily detectable, e.g. the lacZ gene, and which can thus play a role as a cellular marker. In this way, lineage studies, e.g. in competing animals, can be facilitated and the breed can be traced.
Die Insertion des lacZ-Gens als Insertionsgen ermöglicht auch Untersuchungen zu dem Promotor. Dank der Möglichkeit, die β-Galactosidase-Aktivität nachzuweisen, können die Aktivität und die Spezifität verschiedener endogener Promotoren untersucht werden, indem gezielt in verschiedene Stellen im gleichen Zelltyp oder in unterschiedlichen Zelltypen insertiert wird. Die gleichen Untersuchungen könnten auch an einem ganzen Organismus im Verlauf der Entwicklung oder im Erwachsenenstadium durchgeführt werden, wobei die Techniken chimärer oder transgener Tiere verwendet werden.The insertion of the lacZ gene as an insertion gene also allows studies on the promoter. Thanks to the possibility of detecting β-galactosidase activity, the activity and specificity of different endogenous promoters can be studied by inserting them into different sites in the same cell type or in different cell types. The same studies could also be carried out on a whole organism during development or in the adult stage using the techniques of chimeric or transgenic animals.
Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, daß die Häufigkeit der homologen Rekombination durch die Insertion von Fragmenten mit erheblicher Größe, beispielsweise von lacZ, nicht beeinträchtigt wird. Diese Beobachtung legte den Erfindern nahe, daß die Technik der homologen Rekombination gut geeignet ist für die Insertion anderer heterologer Gene, die von erheblicher Größe sind.The inventors have surprisingly found that the frequency of homologous recombination is not affected by the insertion of fragments of considerable size, for example lacZ. This observation suggested to the inventors that the technique of homologous recombination is well suited for the insertion of other heterologous genes which are of considerable size.
Dank der Möglichkeit, das Genom eines Tieres zu modifizieren, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch als "Gentherapie" verwendet werden. Die offensichtlichsten Verwendungen bestehen darin, Gene von Rezeptoren für infektiöse (Viren oder Bakterien) oder toxische Agentien zu inaktivieren. Wenn sich diese Mutagenese als letal erweisen würde, müßte die verlorene Funktion wiederhergestellt werden, ohne die Empfindlichkeit gegenüber den schädlichen Agentien wiederherzustellen. Ein modifiziertes Gen, das einen derartigen Rezeptor codiert, könnte wieder in die mutierte Zelle eingeführt werder, es sei denn, daß die Modifikation durch die homologe Rekombination hervorgerufen werden könnte. Diese Modifikation des genetischen Erbguts würde dem Tier eine Immunität gegen die in Betracht gezogene Krankheit verleihen.Thanks to the possibility of modifying the genome of an animal, the method according to the invention can also be used as "gene therapy". The most obvious Uses consist in inactivating genes encoding receptors for infectious (viruses or bacteria) or toxic agents. If this mutagenesis were to prove lethal, the lost function would have to be restored without restoring sensitivity to the harmful agents. A modified gene encoding such a receptor could be reintroduced into the mutated cell, unless the modification could be brought about by homologous recombination. This modification of the genetic heritage would confer on the animal immunity to the disease in question.
Dieses Protokoll kann auch bei Eigentransplantaten verwendet werden. Kranke oder gesunde Zellen, die einem Patienten entnommen wurden, könnten behandelt und immunisiert und dann dem gleichen Individuum reimplantiert werden.This protocol can also be used for autotransplants. Sick or healthy cells taken from a patient could be treated and immunized and then reimplanted into the same individual.
Die erfindungsgemäße Technik eignet sich auch für Aktivitätsstudien von pharmazeutischen Produkten, die vermutlich eine Aktivität bezüglich der Expressionsprodukte eine pathologischen Gens besitzen, das mit einer Krankheit verbunden ist. In diesem Falle besteht das Insertionsgen aus dem pathologischen Gen, und man verabreicht dem transgenen Tier das pharmazeutische Produkt, um seine Wirkung auf die Krankheit zu bewerten.The technique of the invention is also suitable for activity studies of pharmaceutical products suspected of having activity on the expression products of a pathological gene associated with a disease. In this case, the insertion gene consists of the pathological gene and the pharmaceutical product is administered to the transgenic animal to evaluate its effect on the disease.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf das Plasmid pGN und dessen Verwendung bei der zielgerichteten Insertion eines Fremdgens (lacZ, das das Enzym β- Galactosidase von E. coli codiert) in das Genom einer E.S.-Zelle der Maus erläutert. Das lacZ-Gen wurde gewählt, weil seine Expression leicht nachgewiesen werden kann und der einfachen Erläuterung dient.The invention is explained with reference to the plasmid pGN and its use in the targeted insertion of a foreign gene (lacZ encoding the enzyme β-galactosidase of E. coli) into the genome of a mouse E.S. cell. The lacZ gene was chosen because its expression can be easily detected and serves for ease of explanation.
Der codierende Abschnitt des Enzyms β-Galactosidase von E. coli (lacZ; 1-3057), füsioniert mit einer genomischen Sequenz (7292-3) des Maus-Gens Hox.3-1 (Literaturstelle 1), beginnt mit dem Startcodon dieses Gens. In der Tat ist die Sequenz, die dem Startcodon von Hox-3.1 vorausgeht, der bei Vertebraten beobachteten Consensussequenz identisch (Literaturstelle 2), was so einen besseren Translationsgrad der β-Galactosidase in Vertebraten-Zellen erlaubt. Dem lacZ-Gen folgt, wie bei den meisten eukaryontischen Genen, ein Polyadenylierungssignal, beispielsweise des SV40- Virus, um die Boten-RNAs zu stabilisieren.The coding region of the E. coli β-galactosidase enzyme (lacZ; 1-3057), fused to a genomic sequence (7292-3) of the mouse gene Hox.3-1 (Ref. 1), begins with the start codon of this gene. Indeed, the sequence preceding the start codon of Hox-3.1 is identical to the consensus sequence observed in vertebrates (Ref. 2), thus allowing a better translation level of β-galactosidase in vertebrate cells. The lacZ gene, as with most eukaryotic genes, is followed by a polyadenylation signal, for example from the SV40 virus, to stabilize the messenger RNAs.
Die Aktivität der β-Galactosidase von E. coli, die in eukaryontischen Zellen fünktionell ist, kann auf verschiedene Arten nachgewiesen werden. Nach Fixierung nehmen Zellen, die das lacZ-Gen exprimieren, in Gegenwart von X-Gal, das ein Substrat der β- Galactosidase ist, eine blaue Färbung an (Literaturstelle 3). Ein neues Substrat DGF (Di-β- galactopyranosidofluorescein) erlaubt die Detektion und die Aktivitätsbestimmung von β- Gal, wobei die Zellen insgesamt lebend erhalten werden (Literaturstelle 4). Die Zellen, die lacZ exprimieren, häufen eine fluoreszierende Verbindung an und können mit Hille einer Vorrichtung zur Sortierung von Zellen oder FACS ("fluorescence-aktivated cell sorter") isoliert werden.The activity of E. coli β-galactosidase, which is functional in eukaryotic cells, can be detected in several ways. After fixation, cells expressing the lacZ gene acquire a blue color in the presence of X-Gal, which is a substrate of β-galactosidase (reference 3). A new substrate DGF (di-β-galactopyranosidofluorescein) allows the detection and determination of β-Gal activity, while keeping the cells alive (reference 4). The cells that lacZ express a fluorescent compound and can be isolated using a cell sorting device or FACS ("fluorescence-activated cell sorter").
Die Transkriptionseinheit des Neomycin-Resistenz-Gens stammt zum großen Teil von dem Plasmid pRSV neo ab (Literaturstelle 5). Das LTR (long terminal repeat) des Rous-Sarcoma-Virus stellt in zahlreichen eukaryontischen Zellen sehr starke Aktivator- und Promotorsequenzen dar (Literaturstelle 6). Von dem bakteriellen Transposon Tn5 stammen ein in E. coli aktiver Promotor und der codierende Abschnitt des Enzyms Phosphotransferase (Literaturstelle 7), worauf das Polyadenylierungssignal des SV40- Virus folgt. Das gleiche Gen unter der doppelten Kontrolle der RSV- und Tn5- Promotoren kann Bakterien Neomycin- oder Kanamycin-kesistenz und eukaryoritischen Zellen G418-Resistenz verleihen.The transcription unit of the neomycin resistance gene is derived in large part from the plasmid pRSV neo (reference 5). The LTR (long terminal repeat) of the Rous sarcoma virus represents very strong activator and promoter sequences in numerous eukaryotic cells (reference 6). The bacterial transposon Tn5 provides a promoter active in E. coli and the coding section of the enzyme phosphotransferase (reference 7), followed by the polyadenylation signal of the SV40 virus. The same gene under the dual control of the RSV and Tn5 promoters can confer neomycin or kanamycin resistance in bacteria and G418 resistance in eukaryotic cells.
Durch die Wirkung einer einfachen Punktmutation wurde die Einheit B der Aktivatorsequenzen (Enhancer) des Stammes PyEC F9.1 des Polyoma-Virus in verschiedenen Zelltypen viel aktiver, insbesondere in embryonalen Karzinomzellen (EC) (Literaturstelle 8). Zwei Kopien dieses Enhancers PyF9.1 wurden in tandemartiger Anordnung in das Plasmid pGN stromaufwärts des LTR-RSV und in der Orientierung des "späten Promotors" der Regulatorregion des Polyoma-Virus insertiert.Through the action of a simple point mutation, unit B of the activator sequences (enhancers) of the PyEC F9.1 strain of the polyoma virus became much more active in various cell types, in particular in embryonic carcinoma (EC) cells (reference 8). Two copies of this enhancer PyF9.1 were inserted in tandem into the plasmid pGN upstream of the LTR-RSV and in the orientation of the "late promoter" of the regulatory region of the polyoma virus.
Um den Translationsgrad der Phosphotransferase zu verbessern, wurde die Sequenz, die dem Initiationscodon vorausgeht durch eine Oligonucleotid-Mutagenese modifiziert. So wurde die Sequenz T T C G C A U G zu G C A C C A U G, was wesentlich besser der Consensussequenz der Initiation der Translation bei Vertebraten entspricht (Literaturstelle 2).To improve the translation efficiency of the phosphotransferase, the sequence preceding the initiation codon was modified by oligonucleotide mutagenesis. The sequence T T C G C A U G became G C A C C A U G, which corresponds much better to the consensus sequence for translation initiation in vertebrates (reference 2).
Die Verbesserungen, die der Transkriptionseinheit des Neomycin-Resistenz-Gens beigebracht wurden, konnten durch Transfektion von embryonalen Stammzellen (E.S.) von Mäusen abgeschätzt werden. In gleicher Molarität, bezogen auf das Plasmid, ergab eine Konstruktion mit den PyF9.1-Enhancern 7,5-mal mehr G418-resistente Clone als pRSV neo und 2- bis 3-mal mehr als pMC1 Neo, wie von Capecchi et al. beschrieben (Literaturstelle 13). Die Anzahl der Clone wurde wiederum 60fach vermehrt, d.h. 450fach, bezogen auf pRSV neo, indem die Translationinitiationssequenz modifiziert wurde. Die homologe Rekombination kann bei den angelegten Versuchsbedingungen ein ziemlich seltenes Ereignis sein (z.B. 1/1000 für HPRT, Literaturstelle 13). Ein Vektor, der eine erhöhte Selektionseffizienz besitzt, ist daher sehr nützlich, insbesondere, da die Elektroporationsbedingungen vornehmlich zur Integration einer einzigen Kopie führen.The improvements introduced to the transcription unit of the neomycin resistance gene could be assessed by transfection of mouse embryonic stem cells (ESCs). At the same molarity relative to the plasmid, a construction with the PyF9.1 enhancers yielded 7.5-fold more G418-resistant clones than pRSV neo and 2-3-fold more than pMC1 neo, as described by Capecchi et al. (ref. 13). The number of clones was again increased 60-fold, i.e. 450-fold relative to pRSV neo, by modifying the translation initiation sequence. Homologous recombination can be a fairly rare event under the experimental conditions used (e.g. 1/1000 for HPRT, ref. 13). A vector that has an increased selection efficiency is therefore very useful, especially since the electroporation conditions predominantly lead to the integration of a single copy.
Das Plasmid pGN enthält weiterhin einen bakteriellen Replikations-Origin vom Typ colE1, pBR322, der Clonierungen und Präparationen in E coli erlaubt.The plasmid pGN also contains a bacterial replication origin of the type colE1, pBR322, which allows cloning and preparation in E. coli.
Schließlich wurde eine in vitro synthetisierte mehrfache Clonierungsstelle (MCS), die ausschließlich in pGN einzigartige Spaltstellen enthält, stromaufwärts von lacZ insertiert, um die Verwendungen dieses Plasmids zu erleichtern.Finally, an in vitro synthesized multiple cloning site (MCS) containing cleavage sites unique to pGN was inserted upstream of lacZ to facilitate the uses of this plasmid.
Die "flankierenden" Plasmidsequenzen, die die homologe Rekombination hervorrufen, wurden an die Enden des Plasmids pGN nach Linearisierung des Plasmids stromaufwärts von lacZ durch eine MCS-Spaltstelle (siehe Figur 2) angefügt. Im vorliegenden Fall sind die gewählten flankierenden Sequenzen homolog zu chromosomalen Sequenzen, die von Hox-3.1 abstammen und später in der homologen Rekombination eingesetzt werden sollen.The "flanking" plasmid sequences that induce homologous recombination were added to the ends of the plasmid pGN after linearization of the plasmid upstream of lacZ through an MCS cleavage site (see Figure 2). In the present case, the flanking sequences chosen are homologous to chromosomal sequences derived from Hox-3.1 that will later be used in homologous recombination.
Die Figur 2 zeigt das aus dem Plasmid pGN konstruierte Molekül bezüguch des Hox-3.1-Gens. In diesem Fall führt eine Rekombination zwischen den Plasmidsequenzen und chromosomalen Sequenzen von Hox-3.1 zu einer Insertion am Anfang des codierenden Abschnitts dieses Gens, und somit zu dessen vollständiger Inaktivierung.Figure 2 shows the molecule constructed from the plasmid pGN in relation to the Hox-3.1 gene. In this case, recombination between the plasmid sequences and chromosomal sequences of Hox-3.1 leads to an insertion at the beginning of the coding region of this gene, thus leading to its complete inactivation.
Das Plasmid pGN besitzt mehrere Vorteile für dieses Verfahren, das auf jedes beliebige Gen anwendbar ist. Da das homologe Rekombinationsereignis ziemlich selten sein kann (in der Größenordnung von 1 auf 1000 nichthomologe Integrationen), ist es notwendig, eine große Anzahl von Clonen analysieren zu können, deren G418-Resistenz stark genug ist, um sich bei Insertien in jedem beliebigen Teil des Genoms zu etablieren. Die der Transkriptionseinheit der Phosphotransferase beigebrachten Modifikationen entsprechen diesen Problemen perfekt. Das Mutageneseverfahren durch homologe kekombination entspricht einer Inaktivierung eines Gens durch eine Insertion oder eine Substitution, aber das Plasmid pGN besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß es die Expression von β-Galactosidase durch die des mutierten Gens ersetzen kann. Schließlich erleichtert die MCS die Clonierungen von genomischen Fragmenten.The pGN plasmid has several advantages for this procedure, which can be applied to any gene. Since the homologous recombination event can be quite rare (of the order of 1 in 1000 non-homologous integrations), it is necessary to be able to analyze a large number of clones whose G418 resistance is strong enough to establish itself in the case of insertions in any part of the genome. The modifications made to the transcription unit of the phosphotransferase meet these problems perfectly. The homologous recombination mutagenesis procedure corresponds to the inactivation of a gene by an insertion or a substitution, but the pGN plasmid has the additional advantage of being able to replace the expression of β-galactosidase with that of the mutated gene. Finally, MCS facilitates the cloning of genomic fragments.
Die Intermediärplasmide sind gemäß ihrer Stufe numeriert.The intermediate plasmids are numbered according to their level.
1. Stufe:1st stage:
Insertion einer XhoI-Spaltstelle in die BglI-Spaltstelle von pRSV neoInsertion of a XhoI cleavage site into the BglI cleavage site of pRSV neo
Insertion eines XhoI-Linkers in die BglI-Spaltstelle von pRSV neo, aufgefüllt durch das Klenow-Fragment der DNA-Polymerase von E. coli.Insertion of a XhoI linker into the BglI cleavage site of pRSV neo, filled in by the Klenow fragment of the DNA polymerase from E. coli.
2. Stufe:2nd stage:
Insertion einer ClaI-Spaltstelle in die NdeI-Spaltstelle des Plasmids p1Insertion of a ClaI cleavage site into the NdeI cleavage site of plasmid p1
Insertion eines ClaI-Linkers in die NdeI-Spaltstelle von p1, aufgefüllt durch die Klenow-Polymerase.Insertion of a ClaI linker into the NdeI cleavage site of p1, filled in by the Klenow polymerase.
3. Stufe:3rd stage:
Insertion des Enhancers PyF9.1 in die ClaI-Spalt stelle des Plasmids p2Insertion of the enhancer PyF9.1 into the ClaI site of plasmid p2
Insertion des Enhancers PyF9.1 PvuII-PvuII, isoliert an einer einzigen AccI- Spaltstelle, in die ClaI-Spaltstelle von p2. Selektion eines Clons, der zwei Enhancer, die in Richtung "später Promotor" orientiert sind, enthält.Insertion of the enhancer PyF9.1 PvuII-PvuII, isolated at a single AccI cleavage site, into the ClaI cleavage site of p2. Selection of a clone containing two enhancers oriented towards the late promoter.
4. Stufe:4th stage:
SmaI-Hpa I-Deletion des Plasmids p3SmaI-Hpa I deletion of plasmid p3
Die zwei Enzyme, die zu glatten Enden führen, können direkt ligiert werden. Diese Deletion entfernt das Intron des t-Antigens von SV40, das nicht sehr nützlich ist, und vermindert beachtlich die Größe der Transkriptionseinheit der Phosphotransferase.The two enzymes that result in blunt ends can be directly ligated. This deletion removes the intron of the SV40 t-antigen, which is not very useful, and significantly reduces the size of the transcription unit of the phosphotransferase.
5. Stufe:5th level:
Insertion einer XhoI-Spaltstelle in die BamHI-Spaltstelle von pCH110Insertion of a XhoI cleavage site into the BamHI cleavage site of pCH110
Insertion eines XhoI-Linkers in die BamHI-Spaltstelle des Plasmids pCH 110 (Pharmacia), aufgefüllt durch die Klenow-Polymerase.Insertion of a XhoI linker into the BamHI cleavage site of the plasmid pCH 110 (Pharmacia), filled in by Klenow polymerase.
6. Stufe:6th level:
Insertion von 3'-lacZ-polyA SV40 in das Plasmid p4Insertion of 3'-lacZ-polyA SV40 into plasmid p4
Der 3'-Teil des codierenden Abschnitts der β-Galactosidase, gefolgt von dem Polyadenylierungssignal des SV40-Virus, wird aus dem Plasmid p5 durch die XhoI-AatII- Spaltstellen isoliert und an den gleichen Spaltstellen in das Plasmid p4 cloniert.The 3' part of the coding region of β-galactosidase, followed by the polyadenylation signal of the SV40 virus, is isolated from plasmid p5 through the XhoI-AatII cleavage sites and cloned into plasmid p4 at the same cleavage sites.
7. Stufe:7th level:
Der 5'-Teil des codierenden Abschitts der β-Galactosidase wird aus dem Plasmid pMC 1871 (Pharmacia) durch die PstI-SacI-Spaltstellen isoliert und in den Vektor KS- (Stratagene) an den gleichen Spaltstellen cloniert.The 5' part of the coding region of β-galactosidase is isolated from the plasmid pMC 1871 (Pharmacia) through the PstI-SacI cleavage sites and cloned into the vector KS- (Stratagene) at the same cleavage sites.
8. Stufe:8th level:
Fusion einer genomisch Hox-3.1-Sequenz mit 5'-lacZFusion of a genomic Hox-3.1 sequence with 5'-lacZ
Eine genomische Sequenz des Hox-3.1-Gens, cloniert in den Vektor KS-, wird durch aufeinanderfolgende Spaltungen durch das Enzym SacI, anschließend durch Mung- Bohnen-Nuclease und schließlich durch das Enzym ApaI gereinigt. Diese Insertion wird mit dem 5'-Ende des codierenden Abschnitts der β-Galactosidase fusioniert durch Clonieren in das Plasmid p7, das durch ApaI-SmaI gespalten wurde. Das so fusionierte Protein enthält das Translationsstartcodon des Hox-3.1-Gens, gefolgt von dem codierenden Abschnitt der β-Galactosidase (anschließende Bestätigung durch Sequenzierung). Mung-Bohnen-NucleaseA genomic sequence of the Hox-3.1 gene cloned into the vector KS- is purified by successive digestions by the enzyme SacI, then by mung bean nuclease and finally by the enzyme ApaI. This insertion is fused to the 5' end of the coding portion of β-galactosidase by cloning into the plasmid p7 digested by ApaI-SmaI. The protein thus fused contains the translation start codon of the Hox-3.1 gene followed by the coding portion of β-galactosidase (subsequent confirmation by sequencing). Mung bean nuclease
9. Stufe:9th level:
Die Fusion Hox-3.1-5'-lacZ wird aus dem Plasmid p8 durch die Spaltstellen ApaI- SacI isoliert und in das Plasmid p6 an den gleichen Spaltstellen cloniert. Diese Clonierung bewirkt die Rekonstitution des codierenden Abschnitts der β-Galactosidase in seiner vollen Länge.The fusion Hox-3.1-5'-lacZ is isolated from the plasmid p8 through the cleavage sites ApaI-SacI and cloned into the plasmid p6 at the same cleavage sites. This cloning results in the reconstitution of the coding section of the β-galactosidase in its full length.
10. Stufe:10th level:
Insertion des NeoR Gens in den Vektor KS+Insertion of the NeoR gene into the vector KS+
Das Neomycin-Resistenz-Gen (bakterieller Promotor und codierender Abschnitt der Phosphotransferase) wird von pRSV neo durch die Spaltstellen HindIII-EcoRI isoliert und in den KS+-Vektor (Stratagene) cloniert.The neomycin resistance gene (bacterial promoter and coding section of the phosphotransferase) is isolated from pRSV neo through the cleavage sites HindIII-EcoRI and cloned into the KS+ vector (Stratagene).
11. Stufe:11th level:
Mutagenese der Initiationssequenz von NeoR in p10Mutagenesis of the initiation sequence of NeoR in p10
Die Translationsinitiationssequenz der Phosphotransferase wird modifiziert, damit sie mit der bei Vertebraten beobachteten Consensus-Sequenz identisch ist und so einen höheren Initiationsgrad der Translation und somit eine erhöhte G418-Resistenz bei den Säugerzellen erlaubt. Die Modifikation erzeugte auch eine ApaLI-Spaltstelle, die die Kontrolle des Erfolgs der Mutagenese erlaubt. The translation initiation sequence of the phosphotransferase is modified to be identical to the consensus sequence observed in vertebrates, allowing a higher level of translation initiation and thus increased G418 resistance in mammalian cells. The modification also created an ApaLI cleavage site that allows control of the success of the mutagenesis.
Ein Oligonucleotid (CTTGTTCAATCATGGTGCACGATCCTCA), das eine Fehlpaarungsregion mit der pRSV neo-Sequenz (unterstrichen) umfaßt, wird synthetisiert (Gene Assembler, Pharmacia), anschließend durch die Polynucleotidkinase des Bakteriophagen T4 phosphoryliert. Eine einzelsträngige Matrize des Plasmids p10 wird infolge des f1-Origins des KS+-Plasmids hergestellt und mit dem Mutagenese-Oligonucleotid hybridisiert. Der zweite Strang wird synthetisiert und durch die Klenow-Polymerase md die DNA-Ligase des Bakteriophagen T4 repariert. Nach Transformation von Bakterien werden die mutierten Clone mit Hilfe des mit ³²P-markierten Oligonucleotids durchgemustert. Die Mutagenese wurde durch Spaltung mit Apa LI ebenso wie durch Sequenzierung bestätigt.An oligonucleotide (CTTGTTCAATCATGGTGCACGATCCTCA) containing a mismatch region with the pRSV neo sequence (underlined) is synthesized (Gene Assembler, Pharmacia), then phosphorylated by the bacteriophage T4 polynucleotide kinase. A single-stranded template of plasmid p10 is prepared from the f1 origin of the KS+ plasmid and hybridized with the mutagenesis oligonucleotide. The second strand is synthesized and repaired by Klenow polymerase md the bacteriophage T4 DNA ligase. After transformation of bacteria, the mutated clones are screened using the 32P-labeled oligonucleotide. Mutagenesis was confirmed by digestion with Apa LI as well as by sequencing.
12. Stufe:12th level:
Austausch der Initiationssequenz in dem Plasmid p9Exchange of the initiation sequence in the plasmid p9
Ein Fragment, das die modifizierte Translationsinitiationssequenz des Neomycin- Resistenz-Gens enthält, wird aus dem Plasmid p11 durch die Enzyme HindIII-EagI isoliert und in das Plasmid p9 an den gleichen Spaltstellen cloniert.A fragment containing the modified translation initiation sequence of the neomycin resistance gene is isolated from plasmid p11 by the enzymes HindIII-EagI and cloned into plasmid p9 at the same cleavage sites.
13. Stufe:13th level:
Insertion der mehrfachen Clonierungsstelle in das Plasmid p12Insertion of the multiple cloning site into the plasmid p12
Zwei komplementäre Oligonudeotide werden synthetisiert (Gene Assembler, Pharmacia), anschließend phosphoryliert Nach Paarung wird die MCS uber seine kohäsiven Enden in die ApaI-SacII-Spaltstellen des Plasmids p12 cloniert Two complementary oligonucleotides are synthesized (Gene Assembler, Pharmacia), then phosphorylated. After pairing, the MCS is cloned via its cohesive ends into the ApaI-SacII cleavage sites of the plasmid p12
Die mehrfache Clonierungsstelle wurde auch durch Sequenzierung bestätigt.The multiple cloning site was also confirmed by sequencing.
Die verwendeten flankierenden Sequenzen wurden entsprechend der gewünschten Insertionsstelle gewählt (z.B. Hox-3.1, vgl. Figur 2a und b, pGMA und pGMD).The flanking sequences used were chosen according to the desired insertion site (e.g. Hox-3.1, see Figure 2a and b, pGMA and pGMD).
Bei der Konstruktion des Mutageneseplasmids pGMD wurden zwei zum Hox-3.1- Locus homologe DNA-Arme in die ApaI-NsiI- und NsiI-SacII-Spaltstellen des Vektors pGN cloniert. Der 5'-Arm beginnt an der SacII-Spaltstelle (CCGCGG) bei Nucleotid 219 der cDNA c21 von Hox-3.1. Dieses Fragment erstreckt sich 6,8 kb in 5'-Richtung bis zur ersten BamHI-Spaltstelle. Der 3'-Arm beginnt an der ApaI-Spaltstelle (GGGCCC) bei Nucleotid 885 der cDNA c21. Dieses Fragment erstreckt sich 1,5 kb lang in 3'-Richtung bis zur ersten PstI-Spaltstelle. Ein NsiI-Linker wurde in die BamHI-Spaltstelle des 5'- Fragments und in die PstI-Spaltstelle des 3'-Fragments insertiert. Die 5'- und 3'-Arme wurden in den pGN-Vektor in die NsiI-SacII- bzw. ApaI-NsiI-Spaltstellen cloniert. Die Sequenz der cDNA c21 von Hox-3.1 ist veröffentlicht (Literaturstelle 1).In constructing the mutagenesis plasmid pGMD, two DNA arms homologous to the Hox-3.1 locus were cloned into the ApaI-NsiI and NsiI-SacII cleavage sites of the vector pGN. The 5' arm begins at the SacII cleavage site (CCGCGG) at nucleotide 219 of the Hox-3.1 cDNA c21. This fragment extends 6.8 kb in the 5' direction to the first BamHI cleavage site. The 3' arm begins at the ApaI cleavage site (GGGCCC) at Nucleotide 885 of cDNA c21. This fragment extends 1.5 kb in the 3' direction to the first PstI cleavage site. An NsiI linker was inserted into the BamHI cleavage site of the 5' fragment and into the PstI cleavage site of the 3' fragment. The 5' and 3' arms were cloned into the pGN vector into the NsiI-SacII and ApaI-NsiI cleavage sites, respectively. The sequence of cDNA c21 of Hox-3.1 has been published (Reference 1).
Das Mutageneseplasmid wurde vor der Elektroporation von E.S.-Zellen durch Spaltung mit NsiI linearisiert. Seine Enden bilden die zwei genomischen Arme, die in die ApaI-NsiI- und NsiI-SacII-Spaltstellen des Vektors pGN cloniert wurden.The mutagenesis plasmid was linearized by digestion with NsiI before electroporation of E.S. cells. Its ends form the two genomic arms that were cloned into the ApaI-NsiI and NsiI-SacII cleavage sites of the vector pGN.
Das Plasmid pGMD besitzt kein Polyadenylierungssignal nach dem Resistenz-Gen, aber besitzt dafür eine AU-reiche Sequenz, die für einen selektiven Abbau der mRNA, die in die Intronsequenz von Hox-3.1 des Plasmid insertiert wurde, verantwortlich ist.The plasmid pGMD does not have a polyadenylation signal after the resistance gene, but does have an AU-rich sequence that is responsible for selective degradation of the mRNA that is inserted into the intron sequence of Hox-3.1 of the plasmid.
Ein anderes Mutageneseplasmid, pGMA, besitzt die gleiche Struktur wie pGMD, enthält aber die Polyadenylierungs- und Terminationssignale der Transkription von SV40 und besitzt keine AU-Sequenz stromabwärts des Neor-Gens für den mRNA-Abbau Diese Modifikationen sollen die Menge der Neor-Transkripte in den durch zufällige Integration hervorgegangenen Clonen vermindern. Umgekehrt müßten die Clone, die aus homologen Rekombinationsereignissen zwischen pGM und einem Hox-3.1-Locus hervorgegangen sind, ein unverändertes Wachstum während der Selektion auf G418 besitzen, wobei die AT-Sequenz für den mRNA-Abbau durch das Rekombinationsvorgang selbst beseitigt oder mit dem Hox-3.1-Intron herausgespleißt wurde.Another mutagenesis plasmid, pGMA, has the same structure as pGMD, but contains the SV40 transcription polyadenylation and termination signals and lacks an AU sequence downstream of the Neor gene for mRNA degradation. These modifications are expected to reduce the amount of Neor transcripts in clones resulting from random integration. Conversely, clones resulting from homologous recombination events between pGM and a Hox-3.1 locus should have unaltered growth during selection for G418, with the AT sequence for mRNA degradation eliminated by the recombination event itself or spliced out with the Hox-3.1 intron.
In den nachstehenden Versuchsstufen wurde das von Thompson et al 1989 beschriebene Protokoll zur Herstellung der chimären Tiere verwendet.In the following experimental steps, the protocol described by Thompson et al 1989 was used to generate the chimeric animals.
Das von Thompson et al. 1989 beschriebene Verfahren wurde zur Transfektion von embryonalen Mauszellen verwendet. Die Verwendung der Elektroporationstechnik gewährleistet die Einschleusung einer einzigen Kopie des Fremdgens (lacZ) pro Zelle. Nach Transfektion wurden mehrere Clone, die β-Galactosidase exprimieren, isoliertThe method described by Thompson et al. in 1989 was used to transfect embryonic mouse cells. The use of electroporation technology ensures the introduction of a single copy of the foreign gene (lacZ) per cell. After transfection, several clones expressing β-galactosidase were isolated
Die Mutageneseplasmide pGMD und pGMA wurden linearisiert und durch Elektroporation in die E.S.-Zellen eingeschleust, um die Insertion nur einer Kopie in das Genom zu begünstigen (Literaturstelle 11).The mutagenesis plasmids pGMD and pGMA were linearized and introduced into the E.S. cells by electroporation to favor the insertion of only one copy into the genome (reference 11).
Die anlänglichen Transfektionen wurden durchgeführt, um die Wirksamkeit der Plasmide pGMA und pGMD, gezielt in Hox-3.1 zu insertieren, zu vergleichen (siehe Tabelle I) Tabelle 1 Homologe Rekombination in dem Hox-3.1-Gen Versuch Mutageneseplasmid Nr. der analysierten Gruppe Anzahl der Clone, die die Gruppe bilden anzahl der positiven PCR-ErgebnisseThe sufficient transfections were performed to compare the efficiency of the plasmids pGMA and pGMD to insert specifically into Hox-3.1 (see Table I) Table 1 Homologous recombination in the Hox 3.1 gene Experiment Mutagenesis plasmid No. of the analyzed group Number of clones forming the group Number of positive PCR results
Die E.S.-Zellinie "C.C.E." (Literaturstelle 16) wurde durch kontinuierliche Kultivierung auf Fibroblastennährschichten erhalten (Literaturstelle 17). Für die Versuche I und II wurden 1,5 x 10&sup7; E.S.-Zelle in 1,5 ml HeBS bei 200 V mit 40 mg linearisiertem Plasmid elektroporiert (Literaturstelle 11), und anschließend auf vier Kulturschalen ausgestrichen (Durchmesser 100 mm). Für den Versuch III wurde der Schock unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, aber ein Viertel der Zellen wurde auf vier Platten mit 24 Vertiefüngen ausgestrichen. Am folgenden Tag wurden 250 µg ml-¹ G418 zugesetzt. Jede Transfektion führte zu etwa 2400 Clonen mit pGMA und 1000 Clonen mit pGMD.The E.S. cell line "C.C.E." (Reference 16) was maintained by continuous culturing on fibroblast feeder layers (Reference 17). For experiments I and II, 1.5 x 10⁷ E.S. cells were electroporated in 1.5 ml HeBS at 200 V with 40 mg linearized plasmid (Reference 11), and then plated on four culture dishes (diameter 100 mm). For experiment III, the shock was performed under the same conditions, but a quarter of the cells were plated on four 24-well plates. The following day, 250 µg ml-¹ G418 was added. Each transfection resulted in approximately 2400 clones with pGMA and 1000 clones with pGMD.
Die mittlere Anzahl an Clonen G418-resistenter E.S.-Zellen in jeder Gruppe ist in der Tabelle 1 angegeben, ebenso wie die Anzahl derer, die bei der PCR-Technik ein positives Ergebnis ergeben. Ein positives Ergebnis bedeutet, daß eine 1,6 kb-Bande auf einem mit Ethidiumbromid gefärbten Agarosegel beobachtet werden kann (siehe Figur 7). Die Anzahl der Clone, die nach einer Southern-Analyse des PCR-Gemisches und Hybridisierung mit einer spezifischen Sonde, die die Startersequenzen nicht enthält, ein positives Signal ergeben, ist in Klammern angegeben (Figur 8).The mean number of clones of G418-resistant E.S. cells in each group is given in Table 1, as is the number of those giving a positive result by the PCR technique. A positive result means that a 1.6 kb band can be observed on an agarose gel stained with ethidium bromide (see Figure 7). The number of clones giving a positive signal after Southern analysis of the PCR mixture and hybridization with a specific probe that does not contain the starter sequences is given in parentheses (Figure 8).
Die PCR wurde an 10&sup5; Zellen von ingesamt 250 Clonen der Transfektion II (siehe Spur D der Figur 7) durchgeführt. In den anderen Spuren wurden vier Clone der Transfektion III zusammen als Gemisch von etwa 4 x 5000 Zellen untersucht. Die in der PCR verwendeten Startersequenzen 07 und 08 umfassen die Sequenz 3'-Hox-3.1 des Mutageneseplasmids (Figur 2). Das 1,6 kb-Fragment, das diese 3'-Sequenz abdeckt, kann nur im Falle einer homologen Rekombination amplifiziert werden. Die Spuren 2, 3 und D zeigen positive Ergebnisse.The PCR was carried out on 105 cells from a total of 250 clones of transfection II (see lane D of Figure 7). In the other lanes, four clones of transfection III were examined together as a mixture of about 4 x 5000 cells. The starter sequences 07 and 08 used in the PCR comprise the sequence 3'-Hox-3.1 of the mutagenesis plasmid (Figure 2). The 1.6 kb fragment covering this 3' sequence can only be amplified in the case of homologous recombination. Lanes 2, 3 and D show positive results.
Die DNA der E.S.-Clone wurde an einem Filterreplikat unter Verwendung des "Boiling-Proteinase K-Digestion-Boiling"-Verfahrens hergestellt (Literaturstelle 18). 40 Amplifikationszyklen (40 s bei 94ºC, 1 min bei 60ºC, 7 min bei 72ºC) wurden in einem 100 µl-Reaktionsgemisch durchgefuhrt, das 67 mM Tris-HCl (pH 8,6), 16.7 mM (NH&sub4;)&sub2;SO&sub4;, 6,7 mM MgCl&sub2;, 10 mM 2-Mercaptoethanol, 0,01 % (Gew/Vol.) Gelatine, 200 µm dATP, dTTP und dCTP, 100 µM dGTP, 100 µM 7-Desaza-dGT, 600 ng jedes Starters (07. AACTTCCCTCTCTGCTATTC und 08. CAGCAGAAACATACAAGCTG) und 3 U Taq-Polymerase (Perkin Eimer Cetus) bedeckt von 100 µl Paraffin, enthielt. Die Hälfte des Reaktionsgemisches wurde auf ein 0,7%iges Agarosegel, das mit Ethidiumbromid angefärbt war, gegeben. Der Längenmarker ist eine EcoRI + HindIII- Spaltung der λ-DNA.The DNA of the ES clones was prepared on a filter replica using the boiling proteinase K digestion-boiling method (reference 18). 40 Amplification cycles (40 s at 94°C, 1 min at 60°C, 7 min at 72°C) were performed in a 100 µl reaction mixture containing 67 mM Tris-HCl (pH 8.6), 16.7 mM (NH₄)₂SO₄, 6.7 mM MgCl₂, 10 mM 2-mercaptoethanol, 0.01% (w/v) gelatin, 200 µM dATP, dTTP and dCTP, 100 µM dGTP, 100 µM 7-deaza-dGT, 600 ng of each starter (07. AACTTCCCTCTCTGCTATTC and 08. CAGCAGAAACATACAAGCTG) and 3 U Taq polymerase (Perkin Elmer Cetus) covered with 100 µl paraffin. Half of the reaction mixture was applied to a 0.7% agarose gel stained with ethidium bromide. The length marker is an EcoRI + HindIII digest of the λ-DNA.
Drei unabhängige Clone der E.S.-Zellen, die die Hox-3.1-Mutation (identifiziert mittels PCR) enthalten, wurden aus der Gruppe der positiven Clone unter Verwendung von Pipetten isoliert. Ihre DNA wurde durch Southern-Analyse nach Spaltung mit den in Figur 8 angegebenen Restriktionsenzymen untersucht, um die spezifische Insertion zu bestätigen und um zwischen den rekombinanten und Wildtyp-Loci zu unterscheiden. Zwei unterschiedliche Sonden wurden bei der Analyse des 3'-Endes der Hox-3.1-Loci in den mutierten Clonen, und in den nicht-mutierten E.S.-Zellen, die als Kontrolle dienten, verwendet (Figur 8c). Die erste Sonde "a" war in den Hox-3.1-Sequenzen des Mutageneseplasmids enthalten und zeigte die Anzahl der Integrationen des Vektors und ihre physikalischen Verknüpfungen. Einer der drei rekombinanten Clone enthielt weiterhin eine willkürlich integrierte Kopie des Plasmids (Figur 8a, Clon F2). Die zweite Sonde "b", die in dem Mutagenesevektor nicht enthalten war, unterschied zwischen den rekombinanten und Wildtyp-Hox-3.1-Allelen (Figur 8b). Der rekombinante Hox-3.1-Locus zeigte mit den zwei Sonden das Hybndisierungsbild, das aus Restriktionskarten des Mutagenesevektors und des intakten Orts erwartet wurde. Weiterhin wurde das Vorliegen von zwei Rekombinationsdomänen in dem 3'-Arm des Vektors durch Vorhandensein oder Fehlen der AT-Sequenz in dem rekombinanten Hox-3.1-Locus bestätigt (beispielsweise Figur 8, Clon L5). Das 5'-Ende des Hox-3.1-Locus wurde ebenfalls auf ein homologes Rekombinationsereignis untersucht. Restriktionsenzyme, die in der 6,8 kb langen 5'-Hox-3.1- Sequenz des Mutagenesevektors keine Spaltstellen besitzen, wurden bei der Spaltung der DNAs der rekombinanten Clone verwendet. Diese DNAs wurden anschließend einer Pulse-Field Gelelektrophorese unterworfen, um die Fragmente mit erhöhtem Molekulargewicht zu unterscheiden. Eine Southern-Analyse dieses Geis zeigte ebenfalls die korrekt rekombinierten Allele und die Wiltyp-Allele von Hox-3.1, wobei eine Sonde verwendet wurde, die eine Sequenz stromaufwärts des Mutageneseplasmids aufwies.Three independent clones of E.S. cells containing the Hox-3.1 mutation (identified by PCR) were isolated from the group of positive clones using pipettes. Their DNA was examined by Southern analysis after digestion with the restriction enzymes indicated in Figure 8 to confirm the specific insertion and to distinguish between the recombinant and wild-type loci. Two different probes were used in the analysis of the 3' end of the Hox-3.1 loci in the mutated clones and in the non-mutated E.S. cells, which served as a control (Figure 8c). The first probe "a" was contained in the Hox-3.1 sequences of the mutagenesis plasmid and showed the number of integrations of the vector and their physical linkages. One of the three recombinant clones further contained a randomly integrated copy of the plasmid (Figure 8a, clone F2). The second probe "b", which was not included in the mutagenesis vector, discriminated between the recombinant and wild-type Hox-3.1 alleles (Figure 8b). The recombinant Hox-3.1 locus showed the hybridization pattern expected from restriction maps of the mutagenesis vector and the intact site with the two probes. Furthermore, the presence of two recombination domains in the 3' arm of the vector was confirmed by the presence or absence of the AT sequence in the recombinant Hox-3.1 locus (e.g. Figure 8, clone L5). The 5' end of the Hox-3.1 locus was also examined for a homologous recombination event. Restriction enzymes that do not contain cleavage sites in the 6.8 kb 5' Hox-3.1 sequence of the mutagenesis vector were used to digest the DNAs of the recombinant clones. These DNAs were then subjected to pulse-field gel electrophoresis to distinguish the fragments with increased molecular weight. Southern analysis of this gel also showed the correctly recombined alleles and the wild-type alleles of Hox-3.1 using a probe that contained a sequence upstream of the mutagenesis plasmid.
Die Southern-Analysen zeigten, daß ein Allel des Hox-3.1-Gens, wie vorgesehen, rekombiniert wurde. Die homologe Rekombination war einem doppelten "Crossing-Over" zwischen den genomischen Armen des Mutageneseplasmids und den homologen chromosomalen Sequenzen äquivalent (Figur 2).Southern analyses showed that one allele of the Hox 3.1 gene was recombined as intended. The homologous recombination was equivalent to a double crossing-over between the genomic arms of the mutagenesis plasmid and the homologous chromosomal sequences (Figure 2).
In den rekombinanten Clonen stand das lacZ-Gen unter der Kontrolle von Promotor- und Regulatorsequenzen von Hox-3.1 stromaufwärts des AUG-Codons, aber die 3'-Reifungssignale der mRNA stammten von SV40. In diesen rekombinanten Clonen war die Expression von lacZ durch Färbung mit X-Gal nicht nachweisbar, was mit dem Fehlen der Transkription von Hox-3.1 in den E.S.-Zellen zusammenhängt. Dies wurde durch RNase-Schutzanalyse nachgewiesen. Die β-Gal-Aktivität konnte in bestimmten Zellen nach drei- oder viertägiger Züchtung in Anwesenheit von 5x10-&sup7; M Retinsäure induziert werden, wobei dies Bedingungen sind, von denen bekannt ist, daß sie die Transkription von Hox-3.1 induzieren (Literaturstelle 19).In the recombinant clones, the lacZ gene was under the control of Hox-3.1 promoter and regulatory sequences upstream of the AUG codon, but the 3' mRNA maturation signals were from SV40. In these recombinant clones, lacZ expression was undetectable by X-Gal staining, consistent with the absence of Hox-3.1 transcription in the E.S. cells. This was demonstrated by RNase protection analysis. β-Gal activity could be induced in certain cells after 3 or 4 days of culture in the presence of 5x10-7 M retinoic acid, conditions known to induce Hox-3.1 transcription (ref. 19).
Unter Verwendung des Mutagenesevektors pGMA, der über 8,3 kb eine vollständige Homologie zu dem Hox-3.1-Locus zeigt, wurde ein 120 bp-Fragment durch eine 7,2 kb Insertion ersetzt. Die Häufigkeit dieses gezielten Austausches (1/900) ist mit derjenigen vergleichbar, die jüngst mit HPRT (1/1000) (Literaturstelle 13) oder mit En-2 (1/260) (Literaturstelle 20) erhalten wurde, wobei das insertierte heterologe Fragment jedoch in den zuletzt genannten Fällen eine viel geringere Größe besaß (1,1 bzw. 1,5 kb). Überraschenderweise wurde festgestellt, daß eine stark erhöhte homologe Rekombinationsfrequenz (1/40) mit dem Vektor pGMD erzielt werden kann. Die Entfernung der 3'- Reifungssignale der mRNA und das Anfügen der Abbausequenz der mRNA an das Neomycin-Resistenz-Gen hatte eine Verringerung der Gesamtzahl der G418-resistenten Clone um den Faktor 2,4 zur Folge (Tabelle I). Das Verhältnis der spezifischen Insertion war um das etwa 10fache erhöht (900/40). Der Mechanismus der homologen Rekombination selbst mußte in den Versuchen mit pGMD beeinflußt worden sein. Eine mögliche Erklärung dieser Ergebnisse ist, daß eine AT-Sequenz von 51 pb in vivo in dem Mutageneseplasmid eine offene Schleife bilden könnte aufgrund seiner erniedrigten Schmelztemperatur. Sofern die pGMD benachbarten Hox-3.1-Sequenzen beiderseits der AT-Region durch diese Öffnung beeinflußt werden können, könnten sie effizienter im einzelsträngigen Zustand mit dem chromosomalen Hox-3.1-Locus reagieren. Das Modell der mitotischen Rekombination bei der Hefe legt nahe, daß diese durch einen derartigen Strangaustausch initiiert wird, obwohl der Mechanismus der homologen Rekombination bei den komplexeren Eukaryonten unbekannt bleibt.Using the mutagenesis vector pGMA, which shows complete homology to the Hox-3.1 locus over 8.3 kb, a 120 bp fragment was replaced by a 7.2 kb insertion. The frequency of this targeted exchange (1/900) is comparable to that recently obtained with HPRT (1/1000) (ref. 13) or with En-2 (1/260) (ref. 20), although in the latter cases the inserted heterologous fragment was much smaller in size (1.1 and 1.5 kb, respectively). Surprisingly, it was found that a greatly increased homologous recombination frequency (1/40) can be achieved with the vector pGMD. The removal of the 3' maturation signals of the mRNA and the addition of the degradation sequence of the mRNA to the neomycin resistance gene resulted in a reduction in the total number of G418-resistant clones by a factor of 2.4 (Table I). The ratio of specific insertion was increased by about 10-fold (900/40). The mechanism of homologous recombination itself must have been influenced in the experiments with pGMD. A possible explanation of these results is that an AT sequence of 51 pb could form an open loop in vivo in the mutagenesis plasmid due to its reduced melting temperature. If the Hox-3.1 sequences adjacent to pGMD on either side of the AT region can be influenced by this opening, they could react more efficiently with the chromosomal Hox-3.1 locus in the single-stranded state. The model of mitotic recombination in yeast suggests that it is initiated by such strand exchange, although the mechanism of homologous recombination in the more complex eukaryotes remains unknown.
Die Figur 8 zeigt die Ergebnisse der Southern-Analyse, die an einzelnen positiven Clonen (L5 und F2) und an E.S.-Zellen (C.C.E.) durchgeffihrt wurde.Figure 8 shows the results of Southern analysis performed on individual positive clones (L5 and F2) and on E.S. cells (C.C.E.).
Die verwendeten Sonden hybridisieren nur mit den in dem Vektor (a) enthaltenen oder aus dem Mutagenesevektor (b) eliminierten Hox-3.1-Sequenzen. Das Hybridisierungsbild des rekombinanten Hox-3.1-Locus (offene Dreiecke) unterscheidet sich klar von dem des Wildtyp-Locus (schwarze Dreiecke). Die Sterne zeigen die Hybridisierungsbanden einer Kopie des Plasmids an, die sich willkürlich integriert hat. Der Größenmarker ist eine EcoRI + HindIII-Spaltung der λ-DNA.The probes used hybridize only with the Hox-3.1 sequences contained in the vector (a) or eliminated from the mutagenesis vector (b). The hybridization pattern of the recombinant Hox-3.1 locus (open triangles) is clearly different from that of the wild-type locus (black triangles). The stars indicate the hybridization bands of a copy of the plasmid that has integrated randomly. The size marker is an EcoRI + HindIII cleavage of the λ DNA.
Die Figur 8(c) zeigt Restriktionskarten von rekombinanten (rec.) und Wildtyp (wt.) Hox-3.1-Allelen. Die Teile des Mutagenesevektors und des Hox-3.1-Locus sind mit den gleichen Symbolen, wie sie in der Figur 2 verwendet wurden, angezeigt. In diesem Fall wurde die AT-Sequenz durch homologe Rekombination integriert. Der vertikale Pfeil zeigt das 3'-Ende des Mutageneseplasmids an. Die Lokalisation der bei der Southern-Analyse verwendeten Sonden "a" und "b" ist ebenfalls angegeben. In der Figur 8 wurden die folgenden Abkürzungen verwendet: B, BamHI; D, DraI; E, EcoRI; H, HindIII; S, SalI; X, XhoI.Figure 8(c) shows restriction maps of recombinant (rec.) and wild-type (wt.) Hox-3.1 alleles. The parts of the mutagenesis vector and the Hox-3.1 locus are indicated with the same symbols as used in Figure 2. In this case, the AT sequence was integrated by homologous recombination. The vertical arrow indicates the 3' end of the mutagenesis plasmid. The location of probes "a" and "b" used in Southern analysis is also indicated. In Figure 8, the following abbreviations were used: B, BamHI; D, DraI; E, EcoRI; H, HindIII; S, SalI; X, XhoI.
Eine Mikroinjektion in Blastocysten wurde mit zwei rekombinanten E.S.-Clonen durchgeführt, die ein intaktes Hox-3.1-Allel und ein rekombinantes Allel enthielten, wobei diese Clone keine andere Kopie des Mutageneseplasmids enthielten. Die Karyotypen dieser Zellen waren normal.Microinjection into blastocysts was performed with two recombinant E.S. clones containing one intact Hox 3.1 allele and one recombinant allele, whereby these clones did not contain another copy of the mutagenesis plasmid. The karyotypes of these cells were normal.
10 bis 15 mutierte Zellen wurden pro Blastocyste mikroinjiziert. Nach Reimplantation in Leihmütter wurden die Embryonen 9,5, 10,5 und 12,5 Tage nach der Konzeption entnommen und bezüglich der Expression von lacZ untersucht. Das Transkriptionsmuster von Hox-3.1 in diesen Stadien war zuvor durch eine in situ- Hybridisierungsanalyse bestimmt worden (Literaturstelle 1). Die Hox-3.1-Transkripte sind zum ersten Mal im späten Gastrulationsstadium nachweisbar und verteilten sich auf alle Gewebe des hinteren Teils des Tieres. Später schränkt sich die Verteilung zunehmend räumlich ein und wird gewebespezifisch. Im Stadium des 12,5. Tages nach der Konzeption ist die Transkription in der cervicalen Region des Neuralrohrs, auf der Herzebene, lokalisiert. Somit wird die Verteilung der Transkription von Hox-3.1 im Verlauf der Embryogenese modifiziert. Das Stadium am Tag 10,5 nach der Konzeption scheint eine Übergangsperiode zu sein, während der die Transkription gleichzeitig in den beiden hinteren Regionen und im cervicalen Neuralrohr stattfindet.10 to 15 mutant cells were microinjected per blastocyst. After reimplantation in surrogate mothers, embryos were collected at 9.5, 10.5 and 12.5 days post-conception and examined for lacZ expression. The transcription pattern of Hox-3.1 at these stages had previously been determined by in situ hybridization analysis (Reference 1). Hox-3.1 transcripts are first detectable at late gastrulation and distributed to all tissues of the posterior part of the animal. Later, the distribution becomes increasingly spatially restricted and tissue-specific. At day 12.5 post-conception, transcription is localized in the cervical region of the neural tube, at the level of the heart. Thus, the distribution of Hox-3.1 transcription is modified during embryogenesis. The postconception day 10.5 stage appears to be a transitional period during which transcription occurs simultaneously in the two posterior regions and the cervical neural tube.
In den chimären Embryonen von 9,5 und 10,5 Tagen nach der Konzeption zeigte der caudale Teil im hinteren Keimling eine intensive β-Gal-Äktivität, während der Marker niemals in der vorderen Thoraxregion oder im Kopf nachgewiesen wurde (Figur 9a). In der hinteren Region wurden durch β-Gal gefärbte Zellen in allen Geweben und in allen embryonalen Schichten beobachtet. Zwischen den zwei Anlagen, die zu den Gliedmaßen fuhren, waren die gefärbten Zellen in beschränkten Zonen verteilt, im oberen Ectoderm (Figur 9b), sowie in den hinteren Regionen (Figur 9c) und in Form von schmalen Linien oder Strahlen im Neuralrohr (Figur 9b). Diese Strahlen zeigten eine unregelmäßige und asymetrische Verteilung auf der Umhüllung des Neuralrohrs. Die Transkription von Hox-3.1 wurde in der dünnen Zellschicht gegen Ende des Neuralrohrs nicht nachgewiesen. Diese Zellen waren wahrscheinlich gegenüber den während der in situ-Hybridisierung angewendeten Behandlungen nicht resistent. Es wurde beobachtet, daß die Zellen des Neuralectoderms sehr bald an verschiedenen Teilen des Nervensystems beteiligt sind und in einer radialen Richtung wandern, entsprechend schmalen lateralen Bewegungen (Literaturstelle 21). Diese Ergebnisse stimmen somit mit dieser Beobachtung überein.In the chimeric embryos of 9.5 and 10.5 days after conception, the caudal part in the posterior embryo showed intense β-Gal activity, while the marker was never detected in the anterior thorax region or in the head (Figure 9a). In the posterior region, β-Gal-stained cells were found in all tissues and in all embryonic layers. Between the two primordia giving rise to the limbs, the stained cells were distributed in restricted zones, in the upper ectoderm (Figure 9b), as well as in the posterior regions (Figure 9c) and in the form of narrow lines or rays in the neural tube (Figure 9b). These rays showed an irregular and asymmetric distribution on the neural tube envelope. Transcription of Hox-3.1 was not detected in the thin layer of cells towards the end of the neural tube. These cells were probably not resistant to the treatments applied during in situ hybridization. It was observed that the cells of the neural ectoderm very soon become involved in different parts of the nervous system and migrate in a radial direction, corresponding to narrow lateral movements (Reference 21). These results are therefore consistent with this observation.
Die Expression von lacZ zeigte somit korrekt den ersten Abschnitt der Transkription des Homeogens Hox-3.1, d.h. in allen Geweben der caudalen Regionen der Embryonen von 9,5 und 10,5 Tagen nach der Konzeption, und lieferte neue Informtionen bezüglich der Transkriptionsart von Hox-3.1.Thus, the expression of lacZ correctly detected the first part of the transcription of the homolog Hox-3.1, i.e. in all tissues of the caudal regions of the embryos of 9.5 and 10.5 days after conception, and provided new information regarding the transcription mode of Hox-3.1.
Im Gegensatz dazu wurde die Expression von lacZ nicht in den cervicalen Regionen des Neuralrohrs der chimären Embryonen von 12,5 Tagen und auch nicht in der vorderen Region von Embryonen von 10,5 Tagen beobachtet; dieses Ergebnis war aufgrund der in situ-Hybridisiertingsstudien nicht zu erwarten. Die spätere Phase der Transkription von Hox-3.1, die von Tag 10,5 an in sehr lokalisierten Zonen des Neuralrohrs zu beobachten war, wurde durch die β-Gal-Aktivität nicht nachgewiesen. Eine mögliche Erklärung fur dieses Ergebnis wäre, daß, obwohl die Expression von lacZ unter der Kontrolle des Hox-3.1-Promotors erfolgt die 3'-Sequenzen von Hox-3.1 in dem Reporter-Gen fehlen. Es ist möglich, daß Sequenzen 3' des AUG-Initiationscodons von Hox-3.1 einen Einfluß auf die späte Expression von Hox-3.1 in der vorderen [)omäne besitzen. Ein Gen-Dosis-Effekt könnte dieses Ergebnis auch erklären. Bei Drosophila wurde die Selbstaktivierung verschiedener Homeogene genetisch nachgewiesen oder durch die Bildung von Komplexen zwischen der DNA und den Homeobox-Proteinen nahegelegt.In contrast, expression of lacZ was not observed in the cervical regions of the neural tube of 12.5 day chimeric embryos, nor in the anterior region of 10.5 day embryos; this result was not expected from the in situ hybridization studies. The later phase of Hox-3.1 transcription, which was observed in very localized zones of the neural tube from day 10.5 onwards, was not detected by β-gal activity. A possible explanation for this result would be that, although expression of lacZ occurs under the control of the Hox-3.1 promoter, the 3' sequences of Hox-3.1 are absent from the reporter gene. It is possible that sequences 3' of the AUG initiation codon of Hox-3.1 have an influence on the late expression of Hox-3.1 in the anterior [)domain. A gene dosage effect could also explain this result. In Drosophila, the self-activation of various homeogens has been demonstrated genetically or suggested by the formation of complexes between the DNA and the homeobox proteins.
Wenn der späte Teil der Transkription von Hox-3.1 in dem Neuralrohr über einen vergleichbaren Mechanismus aufrechterhalten wird, könnte die Inaktivierung eines Allels einen dominanten Effekt auf die Zellen des Neuralectoderms haben. Da nur ein Allel das Hox-3.1-Protein erzeugt, müßte das Aktivierungssignal auf die zwei Promotoren verteilt werden. Die Verminderung der Selbst(in)aktivierung an den beiden Loci könnte auch zu einem vollständigen Stillstand der Transkriptionsinitiation fuhren. Dies könnte erklären, weshalb überhaupt keine Expression von lacZ in der cervicalen Region des Neuralrohrs der Embryonen von 10,5 und 12,5 Tagen beobachtet wurde.If the late part of Hox-3.1 transcription in the neural tube is maintained by a similar mechanism, inactivation of one allele could have a dominant effect on the cells of the neural ectoderm. Since only one allele produces the Hox-3.1 protein, the activation signal should be distributed between the two promoters. Reducing self-(in)activation at the two loci could also lead to a complete arrest of transcription initiation. This could explain why no expression of lacZ was observed at all in the cervical region of the neural tube of 10.5 and 12.5 day embryos.
Die Wirkungen in F&sub1; und in F&sub2; der durch die gezielte Insertion beigebrachten Modifikation wurden nach Vermehrung der Chimären beobachtet. Die Weitergabe der Modifikation in der Keimbahnzellinie wurde festgestellt.The effects in F1 and F2 of the modification introduced by the targeted insertion were observed after propagation of the chimeras. Transmission of the modification in the germline cell line was established.
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